氣相色譜儀在純氣與高純氣分析中的應(yīng)用
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超純氣、高純氣的分析測(cè)試是痕量分析學(xué)科的一個(gè)分支。它是研究氣體純度分析與其中痕量雜質(zhì)測(cè)定的一門范圍較窄但具有現(xiàn)實(shí)意義的專業(yè)學(xué)科。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)高純氣不僅在數(shù)量上、質(zhì)量上、種類上都不斷提出新的要求，而且對(duì)相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)理論、方法與檢測(cè)儀器的研究、研制與生產(chǎn)都提出了更高的要求。先進(jìn)的檢測(cè)儀器不僅能指導(dǎo)生產(chǎn)工藝的控制與改革，還能確保產(chǎn)品質(zhì)量、避免生產(chǎn)廠家與使用單位的糾紛。
“超純氣體”一詞是在1964年全國(guó)超純氣體測(cè)試年會(huì)上定義的,即凡氣體純度達(dá)5個(gè)“9”( 99.999%)以上，總雜質(zhì)為10x10-6V/V(即10ppm)以下的氣體皆屬“超純氣體范疇。但五十年的發(fā)展已經(jīng)改變了這一定義；已經(jīng)把5個(gè)“9”氣體稱為高純氣，而稱6個(gè)“9”以上純度氣體才為超純氣。純度大于99%以上的氣體純度分析都采用扣除雜質(zhì)的差減法計(jì)算，因而氣體純度分析實(shí)際是對(duì)氣體中微量或痕量的雜質(zhì)氣體檢測(cè)。因其檢測(cè)方法很多，本文不全面論述，僅對(duì)氣相色譜儀檢測(cè)雜質(zhì)氣體的現(xiàn)狀作一小結(jié)，并對(duì)某些概念上的認(rèn)識(shí)提出看法。水分也是一種雜質(zhì)氣體，而且是極為特殊的、又無(wú)處不在的氣體雜質(zhì)，因檢測(cè)手段特殊，本文也不予論述。
一、 氣相色譜分析純氣的現(xiàn)狀
氣相色譜分析純氣中雜質(zhì)因其具有各種優(yōu)越性而不可替代。如同時(shí)可檢測(cè)多個(gè)組分，分析時(shí)間短，操作簡(jiǎn)便，分析技術(shù)靈活多變，價(jià)格低，能自動(dòng)化檢測(cè)與計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn),因而其產(chǎn)品受到廣大用戶的歡迎。例如我公司的“氬氣純度分析儀” 、“液氧中痕量總烴分析儀”等產(chǎn)品投入市場(chǎng)后得到用戶的肯定和青睞，替代進(jìn)口并供不應(yīng)求。在純氣分析方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已有一定數(shù)量上已經(jīng)采用了氣相色譜法。但現(xiàn)狀仍與國(guó)際上有較大的差距。
1、技術(shù)研究與創(chuàng)新方面
從發(fā)表論文上看，在上世紀(jì)八十—九十年代國(guó)內(nèi)出現(xiàn)過(guò)研究分析痕量雜質(zhì)氣體的繁榮時(shí)代。但近十年來(lái)新的檢測(cè)方法、技術(shù)與儀器、檢測(cè)器研究進(jìn)展緩慢、創(chuàng)新乏力、論文發(fā)表數(shù)量減少，無(wú)長(zhǎng)期統(tǒng)一規(guī)劃和穩(wěn)定的投入，專業(yè)研究與分析隊(duì)伍不斷壯大，同時(shí)又有待素質(zhì)提高。至今還無(wú)一本“高純氣體分析技術(shù)”的專著問(wèn)世。
2、“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”反應(yīng)技術(shù)落后
總體看有關(guān)高純氣的“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”中，其中分析方法與國(guó)際水平比較明顯落后，儀器化水平低，其中有一部分才能與之水平相近。還有些“標(biāo)準(zhǔn)”仍采用比色法為主，檢測(cè)方法不能儀器化。例如在“醫(yī)用氧標(biāo)準(zhǔn)”（GB8982—1998）中反應(yīng)出的問(wèn)題最為集中。在標(biāo)準(zhǔn)的“技術(shù)指標(biāo)”中除氧含量指標(biāo)（≥99.5%）外，雜質(zhì)含量無(wú)任何數(shù)據(jù)，都是“按規(guī)定方法試驗(yàn)合格”。而所有的規(guī)定方法都是化學(xué)吸收法或比色法。分析結(jié)果只有“合格”與“不合格”，無(wú)數(shù)據(jù)記錄。這對(duì)指導(dǎo)廠家生產(chǎn)是不利的。至今多數(shù)廠家不具備全面按“規(guī)定”抽檢的技術(shù)與條件。使用單位（醫(yī)院與相關(guān)研究單位）更難投入組建分析人員與條件。有的廠家只是向科研單位送檢一次、檢驗(yàn)合格后再不對(duì)該項(xiàng)檢測(cè)。
二、 檢測(cè)器與檢測(cè)技術(shù)
1、 檢測(cè)器
目前用于純氣中雜質(zhì)氣體分析的氣相色譜檢測(cè)器有如下幾種。
⑴熱傳導(dǎo)池檢測(cè)器（TCD）
該檢測(cè)器的最好指標(biāo)可以達(dá)到ppm級(jí)檢測(cè)。與變溫濃縮法配合可以檢測(cè)到ppb級(jí)，例如高純氫氣，超純氫的檢測(cè)可以測(cè)到0.1ppb（0.1x10-9V/V）級(jí)。[4、6、12、20]
⑵氣敏檢測(cè)器
在檢測(cè)高純氮?dú)獾膰?guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8980—1996）中用此檢測(cè)器可以檢測(cè)到此0.1ppm雜質(zhì)氫氣。
⑶氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8984.1—3—1997）氣體中一氧化碳、二氧化碳和碳烴化合物的測(cè)定是利用火焰離子化法轉(zhuǎn)化后，直接測(cè)定,可檢測(cè)最小濃度0.1ppm。配合變溫濃縮可測(cè)到1 ppb。
⑷改性離子檢測(cè)器（M—ArID）[10，14]
將氬離子化檢測(cè)器改性后可以檢測(cè)高純氬中的氫、氧、氮、甲烷、一氧化碳和二氧化碳雜質(zhì)氣，最小檢測(cè)濃度可到0.1ppm。
⑸氦離子化檢測(cè)器（HeID）[3，16]
該檢測(cè)器大多使用檢測(cè)高純氦氣中雜質(zhì)氣體，直接檢測(cè)可到1ppb [3，16] 。也有與切換技術(shù)配合檢測(cè)其它高純氣中雜質(zhì)氣[15]。
⑹電子捕獲檢測(cè)器（ECD）
該檢測(cè)器可以檢測(cè)高純氮?dú)狻鍤?、一氧化碳等氣中的痕量氧（ppb級(jí)）。
另外還有氧化鋯檢測(cè)器[17]、離子遷移檢測(cè)器等。
2、檢測(cè)技術(shù)
氣相色譜法分析氣體雜質(zhì)采用的檢測(cè)技術(shù)有變溫濃縮法、柱中轉(zhuǎn)化法、柱切換法和流程變化法等。
⑴變溫濃縮法
變溫吸附濃縮法是將一定量的樣品氣中雜質(zhì)氣低溫吸附在樣管中吸附劑上，解凍加熱進(jìn)樣的方法。因而實(shí)際進(jìn)樣量大大大于樣管體積（102~104倍），雜質(zhì)氣就從ppb級(jí)變成ppm級(jí)分析[1，4]。用此法要求底氣不被冷凍、吸附或沸點(diǎn)高于雜質(zhì)氣，如用于濃縮氫中雜質(zhì)、氧中的烴類等。附變溫吸附濃縮法外，還有化學(xué)反應(yīng)濃縮法與特殊濃縮法，它們使用在特種氣體的檢測(cè)。
評(píng)論